способ определения концентрации паров толуидинов в воздухе рабочей зоны и населенных мест

Формула изобретения

Способ определения концентрации паров толуидинов в воздухе рабочей зоны и населенных мест, включающий модифицирование электродов резонатора сорбентом, пьезокварцевое детектирование и регенерацию сенсора, отличающийся тем, что в качестве модификатора электродов сенсора применяют толуольные растворы полиэтиленгликоля марки ПЭГ-2000, полиэтиленгликольадипината или триоктиламиноксида с массой 5-7 мкг, наносимые на тензочувствительную область электродов с последующей сушкой в течение 2 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений и может быть применено для определения концентрации паров толуидинов в воздухе рабочей зоны и населенных мест.

Известен способ определения изомеров, основанный на образовании азокрасителей при сочетании диазотированных толуидинов с R-солью [Технические условия на методы определения вредных веществ в воздухе. - М., Рекламинформбюро ММФ. - Вып. Х. - 1977. - 117 с.].

Недостатком известного способа является необходимость отбора и концентрирования пробы, длительность анализа и низкая селективность.

Для определения газов в воздухе известно применение метода пьезокварцевого микровзвешивания с предварительной модификацией электродов [Sensors materials, technologe, state of the art and future trends / Auden S.A., Munfer P.J., Regtien P.P., Wolffendurrel R.F.// Adv. Mater. Technol./ Monitor. - 1989. - N 14. - P. 1-70.].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения анилина в воздухе методом пьезокварцевого микровзвешивания с предварительной модификацией электродов резонатора [Rajakovic Lj., Cavic B. Moducnost primene akustichih senzora za detekciju eksploziva i njihovih komponenti // Naucno-Tehnicki Pregled. - 1992. - V. 17, N 2. - P. 3-7] .

Недостатком способа является многовариантность зависимости отклика резонатора от внешних факторов.

Технической задачей изобретения является определение толуидинов в воздухе рабочей зоны и населенных мест, снижение пределов обнаружения и продолжительности анализа.

Техническая задача достигается тем, что в способе определения концентрации паров толуоидинов в воздухе рабочей зоны и населенных мест, включающем модифицирование электродов резонаторов сорбентом, пьезокварцевое детектирование и регенерацию сенсора, новым является то, что в качестве модификатора электродов сенсора применяют толуольные растворы полиэтиленгликоля марки ПЭГ-2000 (ПЭГ-2000), полиэтиленгликольадипината или триоктиламиноксида с массой 5 - 7 мкг, наносимые на тензочувствительную область электродов с последующей сушкой в течение 2 ч.

Технический результат заключается в селективном определении толуидинов за счет нанесения модификатора из толуольного раствора ПЭГ-2000 и условий сорбции (масса и растворитель модификатора, время получения отклика резонатора), а также возможности многократного анализа на одной и той же пленке модификатора (10 раз).

Способ заключается в том, что пробу воздуха, содержащую пары анилина, толуидинов и сопутствующих компонентов (бензол, нитроанилиды), помещают в ячейку детектирования с закрепленным резонатором, электроды которого предварительно модифицируют и сушат.

Растворы сорбентов готовят с концентрацией C = 10 мкг/мкл или 100 мкг/мкл (толуольный раствор полиэтиленгликоля с молекулярной массой 2000). Для получения пленки массой 5 - 7 мкг рассчитывают суммарный объем раствора, который необходимо нанести на электроды пьезокварцевого резонатора поровну. Реальные концентрации растворов сорбентов в различных растворителях могут существенно отличаться от теоретических. С этой целью экспериментально установлены зависимости получаемой массы модификатора от наносимого объема раствора сорбента. Для ацетоновых и толуольных растворов выведены уравнения для расчета наносимого объема (табл.1).

В результате селективной сорбции толуидинов на модификаторе в течение 180 с происходит изменение собственной частоты вибрации резонатора F - аналитический сигнал, который связан с концентрацией аналитов в пробе воздухе (находят по градуировочному графику).

Примеры осуществления способа

Пример 1. На обе стороны пьезокварцевого резонатора АТ-среза с собственной частотой вибрации 8 МГц микрошприцем поровну наносят рассчитанный объем толуольного раствора полиэтиленгликоля ПЭГ-2000 (12-18 мкл) с известной концентрацией. Пленку сушат в сушильном шкафу в течение 2 ч при 150^oC. В результате такой обработки резонатора масса пленки модификатора составляет 5 - 7 мкг. Резонатор охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе над слоем осушителя.

После закрепления резонатора в газоотборной ячейке вместимостью 1 дм³ измеряют нулевой сигнал резонатора с пленкой модификатора. В ячейку вводят анализируемую пробу, после чего регистрируют частоту вибрации резонатора через 180 с. Регенерацию модификаторов электродов проводят в сушильном шкафу в течение 10 мин при температуре 150 5^oC.

Продолжительность анализа, включая модификацию электродов и регенерацию сорбента, составляет 2,5 ч; при повторном использовании (только сорбция толуидинов и регенерация поверхности модификатора) - 15 мин. Амортизационная стойкость пленки составляет 10 анализов в непрерывном режиме.

Метрологические характеристики способа приведены в табл. 2.

Аналитический сигнал с указанным модификатором по отношению к толуидинам достигает 15000 Гц.

Пример 2. На электроды пьезокварцевого резонатора АТ-среза с собственной частотой вибрации 8 МГц микрошприцем наносят рассчитанный объем ацетонового раствора ПЭГ-2000 (1,0 - 1,4 мкл) с известной концентрацией. Последующие операции проводят, как указано в примере 1.

Способ осуществим.

Метрологические характеристики способа приведены в табл. 2.

Аналитический сигнал с указанным модификатором по отношению к толуидинам составляет 2500 Гц.

Пример 3. На обе стороны пьезокварцевого резонатора АТ-среза с собственной частотой вибрации 8 МГц микрошприцем поровну наносят рассчитанный объем толуольного раствора ПЭГ-2000. Пленку сушат в сушильном шкафу в течение 1 ч при температуре 150^oC.

Способ неосуществим из-за значительного дрейфа нулевого сигнала. Высокий уровень шумов связан с неполным удалением растворителя из пленки.

Пример 4. На электроды пьезокварцевого резонатора АТ-среза с собственной частотой вибрации 8 МГц микрошприцем наносят толуольный раствор ПЭГ-2000. Пленку сушат в сушильном шкафу в течение 5 ч при температуре 150^oC.

Способ осуществим, но аналитический сигнал занижен из-за частичной термодеструкции полимера.

Метрологические характеристики способа приведены в табл. 2.

Аналитический сигнал по отношению к толуидинам достигает 14300 Гц.

Пример 5. На электроды пьезокварцевого резонатора АТ-среза с собственной частотой вибрации 8 МГц микрошприцем поровну наносят 1 мкл толуольного раствора ПЭГ-2000 (см. табл. 1). Масса пленки модификатора составляет 4 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ осуществим.

Метрологические характеристики способа приведены в табл. 2.

Аналитический сигнал с указанным модификатором по отношению к толуидинам достигает 13800 Гц.

Пример 6. На электроды пьезокварцевого резонатора АТ-среза с собственной частотой вибрации 8 МГц микрошприцем поровну наносят 2 мкл толуольного раствора ПЭГ-2000 (табл. 1). Масса пленки модификатора после сушки составляет 8 мкг. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ осуществим.

Метрологические характеристики способа приведены в табл. 2.

Аналитический сигнал с указанным модификатором по отношению к толуидинам достигает 14200 Гц.

Пример 7. На электроды пьезокварцевого резонатора АТ-среза с собственной частотой вибрации 8 МГц микрошприцем наносят рассчитанный толуольный раствор ПЭГС. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ осуществим.

Метрологические характеристики способа приведены в табл. 2.

Аналитический сигнал с указанным модификатором по отношению к толуидинам достигает 3500 Гц.

Пример 8. На электроды пьезокварцевого резонатора АТ-среза с собственной частотой вибрации 8 МГц микрошприцем наносят рассчитанный толуольный раствор ТОАО. Далее анализируют, как указано в примере 1. Способ осуществим.

Метрологические характеристики способа приведены в табл. 2.

Аналитический сигнал с указанным модификатором по отношению к толуидинам достигает 2770 Гц.

Из примеров 1 - 8 и табл. 2 видно, что наибольший эффект достигается, когда в качестве модификатора электродов резонатора используются толуольные (примеры 1, 3-6) растворы полиэтиленгликоля ПЭГ-2000 с массой пленки 5 - 7 мкг (примеры 1 - 4, 7, 8).

При модификации электродов нетолуольными (ацетоновыми) растворами сорбентов (пример 2) и замене полиэтиленгликоля ПЭГ-2000 другими сорбентами (примеры 7, 8) значительно снижаются чувствительность резонатора, точность анализа и амортизационная стойкость модификатора.

При уменьшении (менее 5 мкг) или увеличении (более 7 мкг) массы пленки модификатора чувствительность определения и время регенерации пленки сорбента уменьшаются (пример 5) и возрастают (пример 6) соответственно.

При сокращении или увеличении времени сушки пленки модификатора на поверхности электродов (примеры 3, 4) проведение сорбции невозможно либо значение аналитического сигнала уменьшается.

По сравнению с прототипом (табл. 3) предлагаемый способ определения толуидинов в воздухе рабочей зоны и населенных мест позволяет сократить продолжительность полного анализа в 1,5 - 2 раза, при повторном определении на сформированном сорбенте - в 3 - 4 раза; ошибка определения снижается на 5 - 7%. Чувствительность резонатора к толуидинам возрастает в 2 раза.

Из представленных гистограмм (фиг. 1 - 3) видно, что на толуольной пленке полиэтиленгликоля марки ПЭГ-2000 возможно селективное определение о- и м-толуидинов в смеси изомеров толуидина и анилина. Различие значений _1/2 позволяет первым регистрировать сигнал м-, а затем о-толуидина. Наиболее чувствительна данная пленка к парам м-толуоидина (см. фиг. 1).

Аналогично проходит сорбция на толуольной пленке полиэтиленгликольсукцината (см. фиг. 2). Пленка триоктиламиноксида может быть рекомендована только для скрининг-анализа анилина и изомеров толуидина, т.к. значения _1/2 достаточно близки и составляют 0,16; 0,3; 1,14 и 1,55 мин соответственно для анилина, о-, м- и п-толуидина (см. фиг. 3).